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由于水資源短缺，許多國(guó)家和地區(qū)積極著手鞏固和加強(qiáng)節(jié)水意識(shí)以及研究城市廢水再生與回用工作。城市廢水回用就是將城鎮(zhèn)居民生活及生產(chǎn)中使用過(guò)的水經(jīng)過(guò)處理后回用，其又有兩種不同程度的回用：一是將污、廢水處理到飲用水程度；另一種則是將污、廢水處理到非飲用水程度。對(duì)于前一種，因其投資較高、工藝復(fù)雜，非特缺水地區(qū)一般不常采用，多數(shù)國(guó)家則是將污、廢水處理到非飲用的程度，在此引出了中水的概念。根據(jù)建設(shè)部 1995年發(fā)布的《城市中水設(shè)施管理暫行辦法 》 第二條，中水是指部分生活優(yōu)質(zhì)雜排水經(jīng)處理凈化后，達(dá)到《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) 》，可以在一定范圍內(nèi)重復(fù)使用的非飲用水。主要用于廁所沖洗、綠地、樹木澆灌、道路清潔、車輛沖洗、基建施工、噴水池以及可以接受其水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的其他用水。
中水開發(fā)與回用技術(shù)近期得到了迅猛發(fā)展，在美國(guó)、日本、印度、英國(guó)等國(guó)家 (尤以日本為突出 )得到了廣泛的應(yīng)用。這些國(guó)家均以本國(guó)度、區(qū)域的特點(diǎn)，確定出適合其國(guó)情、國(guó)力的中水回用技術(shù)，使中水回用技術(shù)越來(lái)越趨于完善。同時(shí)對(duì)更好的凈化水的設(shè)備也提出了相應(yīng)的需求。因此促進(jìn)了凈化設(shè)備公司的飛快成長(zhǎng)，也對(duì)控制部分要求更穩(wěn)定，更可靠！像目前一些凈化水設(shè)備廠商加大資金與技術(shù)的投入，用PLC代替以前的單片機(jī)控制系統(tǒng)。我公司與某系統(tǒng)集成公司合作，完成了某市中水處理系統(tǒng)自動(dòng)控制部分。現(xiàn)詳述如下：
1 技術(shù)要求
1.1硬件要求
•一般要求
——系統(tǒng)內(nèi)所有模件均應(yīng)為標(biāo)準(zhǔn)化、模件化和插入式結(jié)構(gòu)。機(jī)柜內(nèi)的模件應(yīng)能帶電插拔而不影響其它模件和自身的正常工作。模件的種類和尺寸規(guī)格應(yīng)盡量少，以減少備件的范圍和費(fèi)用支出。安裝于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的城市中水深度處理系統(tǒng)PLC模件、設(shè)備應(yīng)具有足夠的防護(hù)等級(jí)和有效的保護(hù)措施，以保證在惡劣的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下正常地工作。
——過(guò)程單元的處理器模件應(yīng)不使用電池作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的后備電源的隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM），某一個(gè)處理器模件故障，不應(yīng)影響其它處理器模件的運(yùn)行。
——電源故障應(yīng)屬系統(tǒng)的可恢復(fù)性故障，一旦重新受電，處理器模件應(yīng)能自動(dòng)恢復(fù)正常工作而無(wú)需運(yùn)行人員的任何干預(yù)。
•過(guò)程輸入/輸出（I/O）
——I/O處理系統(tǒng)應(yīng)“智能化”，以減輕控制系統(tǒng)的處理負(fù)荷。I/O模件應(yīng)能完成掃描、數(shù)據(jù)整定、數(shù)字化輸入和輸出、線性化熱電偶冷端補(bǔ)償、溫度壓力補(bǔ)償、過(guò)程點(diǎn)質(zhì)量判斷、工程單位換算等功能。
——應(yīng)提供熱電偶、熱電阻及4～20mADC信號(hào)的開路和短路以及輸入信號(hào)超出工藝可能范圍的檢查功能和質(zhì)量檢查，這一功能應(yīng)在每次掃描過(guò)程中完成。
——中水深度處理站PLC至執(zhí)行回路的開關(guān)量輸出信號(hào)采用繼電器輸出。中水深度處理系統(tǒng)PLC與執(zhí)行機(jī)構(gòu)等以模擬量信號(hào)相連接時(shí)，二端對(duì)接地或浮空等的要求應(yīng)相匹配，否則應(yīng)采取電隔離措施，還應(yīng)對(duì)I/O有過(guò)載過(guò)流保護(hù)措施。
——分配控制回路I/O信號(hào)時(shí)，應(yīng)使一個(gè)控制器或一塊I/O通道板損壞時(shí)，對(duì)機(jī)組安全的影響盡可能小。備用輔機(jī)控制的I/O，除個(gè)別不重要的外，應(yīng)置于不同控制器的通道板上。
——當(dāng)控制器I/O通道板及電源故障時(shí)，應(yīng)有必要的措施，確保工藝系統(tǒng)處于安全的狀態(tài)，不出現(xiàn)誤動(dòng)。
——處理器模件的電源故障不應(yīng)造成已累積的脈沖輸入讀數(shù)丟失。
——冗余輸入的熱電偶、變送器信號(hào)的處理，應(yīng)由不同的模件來(lái)完成。單個(gè)模件的故障不能引起任何設(shè)備的故障或跳閘。
——所有輸入/輸出模件，應(yīng)能滿足ANSI/IEEE472“沖擊電壓承受能力試驗(yàn)導(dǎo)則（SWC）”的規(guī)定，在誤加250V直流電壓或交流峰— 峰電壓時(shí)，應(yīng)不損壞系統(tǒng)（具體要求以導(dǎo)則為準(zhǔn)）。
——對(duì)于調(diào)節(jié)系統(tǒng)，每個(gè)模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器連接點(diǎn)數(shù)不應(yīng)超過(guò)8點(diǎn)；每一個(gè)模擬量輸出點(diǎn)應(yīng)有一個(gè)單獨(dú)的D/A轉(zhuǎn)換器。每一路熱電阻輸入應(yīng)有單獨(dú)的橋路。此外，所有的輸入通道、輸出通道及其工作電源均應(yīng)互相隔離。
——在整個(gè)運(yùn)行環(huán)境溫度范圍內(nèi)，城市中水深度處理站PLC精確度應(yīng)滿足如下要求：模擬量輸入信號(hào)（高電平）±0.1％；模擬量輸入信號(hào)（低電平）±0.2%；模擬量輸出信號(hào)±0.25%。系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足不需手動(dòng)校正而保證這三個(gè)精度的要求。
——I/O類型：
a、 模擬量輸入：4～20mADC信號(hào)（接地或不接地），最大輸入阻抗為250Ω，系統(tǒng)應(yīng)提供4～
20mADC二線制變送器的直流24V電源。每塊模件連接的I/O點(diǎn)數(shù)不超過(guò)8點(diǎn)。并附帶配置信號(hào)隔離裝置。
b、 模擬量輸出：4～20mADC具有阻抗大于750Ω的負(fù)載能力。負(fù)端接到隔離的信號(hào)地上，系
統(tǒng)應(yīng)提供 24V DC的回路電源。每塊模件連接的I/O點(diǎn)數(shù)不超過(guò)8點(diǎn)。并附帶配置信號(hào)隔離裝置。
c、 數(shù)字量輸入：負(fù)端應(yīng)接至隔離地上，系統(tǒng)應(yīng)提供對(duì)現(xiàn)場(chǎng)輸入接點(diǎn)的“查詢”電壓≥48V。
每塊模件連接的I/O點(diǎn)數(shù)不超過(guò)16點(diǎn)。
d、 數(shù)字量輸出：數(shù)字量輸出模件應(yīng)采用電隔離輸出，隔離電壓≥250V，能直接驅(qū)動(dòng)控制用
電動(dòng)機(jī)或任何中間繼電器。在后一種情況，賣方應(yīng)提供中間繼電器、繼電器柜及可靠的工作電源，中間繼電器長(zhǎng)期帶電工作輸出接點(diǎn)容量為25OVAC 5A或22OVDC 1A。每塊模件連接的I/O點(diǎn)數(shù)不過(guò)16點(diǎn)。
e、 熱電阻（RTD）輸入：熱電阻采用 Ptl00分度。
f、 熱電偶（T/C）輸入：熱電偶采用 K型分度。
g、脈沖量輸入：每秒至少能接受6600個(gè)脈沖。
1.2上位機(jī)要求
——至少應(yīng)提供二套桌式上位機(jī)（包括一臺(tái)A3激光彩色打印機(jī)），其中一套為工程師站兼操作員，用于程序開發(fā)、系統(tǒng)診斷和維護(hù)、控制系統(tǒng)組態(tài)、數(shù)據(jù)庫(kù)和畫面的編輯及修改。另外為操作員站，用于完成對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的操作、監(jiān)視、報(bào)警和報(bào)表打印等全部工作。工程師站和操作員站還應(yīng)提供安放上位機(jī)的工作臺(tái)、桌椅及上位機(jī)的有關(guān)外設(shè)。材質(zhì)為不銹鋼或亞克力板材。
——上位機(jī)應(yīng)能調(diào)出任一己定義的系統(tǒng)顯示畫面。在上位機(jī)上生成的任何顯示畫面和趨勢(shì)圖等，均應(yīng)能通過(guò)數(shù)據(jù)高速公路加載到操作員站。
——上位機(jī)應(yīng)能調(diào)出系統(tǒng)內(nèi)的系統(tǒng)組態(tài)信息和有關(guān)數(shù)據(jù)，還可將組態(tài)的數(shù)據(jù)從上位機(jī)下載到各分散處理單元和操作員站。此外，當(dāng)重新組態(tài)的數(shù)據(jù)被確認(rèn)后，系統(tǒng)應(yīng)能自動(dòng)地刷新其內(nèi)存。
——上位機(jī)應(yīng)包括站用處理器、圖形處理器及能容納系統(tǒng)內(nèi)所有數(shù)據(jù)庫(kù)、各種顯示和組態(tài)程序所需的主存貯器和外存設(shè)備。還應(yīng)提供系統(tǒng)趨勢(shì)顯示所需的歷史趨勢(shì)緩沖器。
——上位機(jī)應(yīng)設(shè)置軟件保護(hù)密碼，以防一般人員擅自改變控制策略、應(yīng)用程序和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。
•外圍設(shè)備
——提供彩色激光打印機(jī)、LCD、鍵盤:
a 所供LCD應(yīng)為21（英寸）液晶顯示。
c 應(yīng)提供鼠標(biāo)器作為光標(biāo)定位裝置。
d 操作員站應(yīng)配有專用操作員鍵盤，鍵盤除具有完整的數(shù)字、字母鍵外，還應(yīng)有若干用戶鍵，使運(yùn)行人員能直接調(diào)出各種所需的畫面。用戶鍵的用途應(yīng)可由買方編程人員重新定義。鍵盤的操作應(yīng)有觸感和聲音反饋，反饋的音量大小應(yīng)可以調(diào)整。
2解決方案
2.1 中水深度處理站控制系統(tǒng)PLC
1）中水深度處理站PLC通過(guò)高性能的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)及處理單元、過(guò)程I/O、人機(jī)接口和過(guò)程控制軟件等來(lái)完成城市中水深度處理系統(tǒng)的控制。
2）中水深度處理PLC設(shè)計(jì)采用合適的冗余配置和診斷至模件級(jí)的自診斷功能，使其具有高度的可靠性。系統(tǒng)內(nèi)任一組件發(fā)生故障均不應(yīng)影響整個(gè)系統(tǒng)的工作。PLC采用本公司自主研發(fā)的NA400系列控制器。PLC CPU雙機(jī)熱備冗余配置，開關(guān)量輸入輸出模塊要求為16點(diǎn)模塊，模擬量輸入輸出為8點(diǎn)模塊，電源模塊選用冗余電源，通訊方式采用雙網(wǎng)冗余方式，控制網(wǎng)通訊模塊采用雙通道，以太網(wǎng)通訊采用雙冗余方式。機(jī)柜內(nèi)提供I/O總量的20%(包含各種類型I/O點(diǎn))做備用，同時(shí)在插槽上還留有擴(kuò)充20% I/O的余地。所有開關(guān)量I/O模件配置隔離繼電器裝置。所有模擬量I/O模件配置有源或無(wú)源信號(hào)隔離器。
3）系統(tǒng)的監(jiān)視、報(bào)警和自診斷功能應(yīng)高度集中在LCD上顯示和在打印機(jī)上打印，控制系統(tǒng)在功能和物理上適當(dāng)分散。
2.2 中水深度處理站控制系統(tǒng)監(jiān)控軟件
采用我公司的NAControl組態(tài)軟件開發(fā)界面，NAControl組態(tài)軟件與控制器之間通過(guò)我公司開發(fā)的NA-PLC專用驅(qū)動(dòng)程序通訊，底層協(xié)議不產(chǎn)生額外費(fèi)用。
NAControl組態(tài)軟件特點(diǎn)：
基于Windows平臺(tái)，采用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)和方法進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件實(shí)現(xiàn)。遵循TCP/IP、SQL、ODBC、COM/DCOM、ActiveX、C++、Office、IEC61131-3、OPC等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)功能齊全，操作簡(jiǎn)便，維護(hù)量小。具有良好的開放性、方便的擴(kuò)展能力、完善的在線幫助及可不斷融入新技術(shù)的特征。它具有數(shù)據(jù)采集和處理、控制與調(diào)節(jié)、畫面、智能報(bào)警、報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和查詢、可視化順控流程組態(tài)與執(zhí)行、ONCALL、AGC/AVC高級(jí)應(yīng)用軟件、Web服務(wù)、與外系統(tǒng)通訊等功能。
3 數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)
數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)將各分散處理單元、輸入/輸出處理系統(tǒng)及人機(jī)接口和系統(tǒng)外設(shè)聯(lián)接起來(lái)，并保證可靠和高效的系統(tǒng)通訊。
連接到數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)上的任一系統(tǒng)或設(shè)備發(fā)生故障，不應(yīng)導(dǎo)致通訊系統(tǒng)癱瘓或影響其它聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和設(shè)備的工作。任何站與通訊高速公路之間的接口應(yīng)是無(wú)源的并是電氣隔離的。通訊高速公路的故障不應(yīng)引起PLC控制單元不能工作。
1)中水深度處理系統(tǒng)的PLC系統(tǒng)與上級(jí)水網(wǎng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)連接
NA400 PLC提供冗余、高可靠、高性能的遵守TCP/IP協(xié)議的百兆以太網(wǎng)接口，負(fù)責(zé)與上級(jí)水網(wǎng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)連接，提供組態(tài)畫面、數(shù)據(jù)等信息。
2)城市中水深度處理站PLC與其它控制系統(tǒng)之間的通訊
NA400 PLC通過(guò)串口通訊模塊CMM401-0401提供多路標(biāo)準(zhǔn)的RS232/485接口，負(fù)責(zé)與其它控制系統(tǒng)之間通信。
4設(shè)備配置
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